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* 06.04.1928 in Chicago (Ill.)/USA

Der in Chicago/USA geborene Biologe JAMES D. WATSON forschte zusammen mit seinem Kollegen FRANCIS H. C. CRICK (1916-2004)an der Struktur der Erbsubstanz Desoxyribonucleinsäure (DNA). Sie stellten 1953 ihr WATSON-CRICK-Modell vor, eine räumliche Darstellung der DNA in Gestalt einer Doppelhelix. Das Modell bietet als wesentliches Merkmal eine Erklärung dafür, wie sich die DNA selbst reproduzieren kann. Dieses Forschungsergebnis von WATSON und CRICK gilt als Meilenstein in der Biologie und wurde 1962 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin gewürdigt. WATSON setzte in der Folgezeit an verschiedenen Instituten seine Forschungen zu Nucleinsäuren fort.

WATSON war der erste Leiter des 1990 gegründeten „Human Genome Project“. Diese 2004 abgeschlossenen internationale Forschungsprojekt diente der Entschlüsselung des menschlichen Erbguts (Genom). WATSON setzt sich heute mit ethischen Fragen der Genforschung auseinander.

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Mit den großen Fortschritten der Chemie im 19. Jh. gelang es immer mehr Naturstoffe zu isolieren und ihre Struktur aufzuklären, schließlich sogar synthetisch nachzubilden. Diese neuen Kenntnisse waren Voraussetzung dafür, Stoffwechselwege in Organismen chemisch zu verstehen. SIR HANS ADOLF KREBS (1900–1981) klärte so entscheidende Stoffwechselprozesse, wie den Harnstoffzyklus (1932) und – zusammen mit anderen Biochemikern – den Citronensäurezyklus (Citratzyklus) auf.

* 08.06.1916 in Northampton/England
† 28.07.2004 LA Jolla/USA

FRANCIS HARRY COMPTON CRICK war bereits studierter Physiker, als er 1947 nach Cambridge ging, um Biologie zu studieren. Er wurde mit der Röntgenstrukturanalyse vertraut. Diese Methode wird auf kristalline Stoffe angewendet. Sie dient dem Erkennen von Raumstrukturen, welche zu klein sind, um mit einem Mikroskop aufgelöst werden zu können. CRICK hatte bereits Pionierarbeit mit der Anwendung der Röntgenstrukturanalyse in der Molekularbiologie geleistet. Zusammen mit seinem jungen Kollegen JAMES D. WATSON (*1928) gelang es ihm, die Struktur der Erbsubstanz Desoxyribonucleinsäure (DNA) aufzuklären. Für diese Leistung erhielten CRICK und WATSON 1962 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

* 26.03.1941 in Nairobi, Kenia

„Wir sind Überlebensmaschinen – Roboter, blind, programmiert zur Erhaltung der selbstsüchtigen Moleküle, die Gene genannt werden.“ Das schrieb der englische Evolutionsbiologe RICHARD DAWKINS 1976 in seinem bekanntesten, aber auch umstrittensten Buch: „Das egoistische Gen“. Nicht die biologischen Organismen sind Hauptakteure der Schöpfung, sondern das von Generation zu Generation weitergegebene Erbmaterial, die „unsterblichen Spiralen“ der Doppel-Helix. Die Gene kennen nur ein Ziel: ihr eigenes Überleben - und sie benutzen uns Menschen, wie Tiere, Pflanzen, Viren und Bakterien, als ihre Überlebensvehikel. Das sind die provokanten Thesen eines Zoologen, der sich daran machte, die Evolution strikt genorientiert zu interpretieren.

* 30.11.1927 in Cleveland Heights, Ohio
† 08.08.2003 in Lorain, Ohio

Das berühmte HERSHEY-CHASE-Experiment kennt fast jeder, der sich ein wenig mit der Geschichte der Biologie, insbesondere der Gentechnik beschäftigt hat. Kaum einer weiß jedoch, wer sich hinter dem Namen CHASE verbirgt.

Es handelt sich um die amerikanische Biologin MARTHA CHASE, die damals in den 1950er Jahren als Assistentin in ALFRED HERSHEYs (1908-1997) Labor arbeitete und mit ihm zusammen das Experiment, welches die DNA als den Träger der genetischen Information identifizierte, entwickelte. Das Ergebnis dieses Experiments war ein Meilenstein in der Entwicklung der Molekularbiologie.

Ein Gen ist eine abgegrenzte Funktionseinheit des genetischen Materials. Seine Basensequenz bestimmt die Struktur von Proteinen und RNA-Molekülen (tRNA, rRNA, mRNA). Diese sogenannten Strukturgene werden hinsichtlich ihrer Aktivität durch Kontrollgene reguliert. Die Informationskapazität eines Gens ist praktisch unbegrenzt.

Es gibt seit der Diskussion über Atomenergie kein anderes Thema, welches Nationen so sehr spaltet wie die Gentechnologie. Laut Umfragen lehnen 75 % der Bevölkerung in Deutschland Gentechnologie in der Nahrung und auf dem Acker ab. Dagegen befürwortet etwa der gleiche Anteil den Einsatz von Gentechnologie in der Medizin.

Bei der Vererbung wird das genetische Material der Eltern auf die nachfolgende Generation weitergegeben. Die genetische Information liegt in der DNA in Basenpaaren aus Nucleotiden verschlüsselt vor. Die Synthese der neuen DNA erfolgt durch Auftrennung und identisches Kopieren des Elternstrangs. Jeder Einzelstrang ergänzt seinen jeweils komplementären Strang. Lange war man sich des genauen Mechanismus der DNA-Verdoppelung (Replikation) nicht sicher. Im Jahr 1958 bewiesen MATTHEW MESELSON (*1930) und FRANKLIN WILLIAM STAHL (*1929) den semikonservativen Replikationsmechanismus der DNA, den zuvor WATSON und CRICK, die Erforscher der DNA-Doppel-Helix-Struktur, schon vermuteten. Von drei zur damaligen Zeit möglichen Hypothesen konnten sie in ihrem klassischen Experiment eine bestätigen.

* 28.12.1944 in Lenoir, North Carolina (USA)

KARY BANKS MULLIS arbeitete von 1979 bis 1986 als DNA-Chemiker bei der Cetus Corporation in Emeryville, Kalifornien und entwickelte dort die Methode der Polymerase-Kettenreaktion, mit deren Hilfe man in kurzer Zeit aus kleinsten DNA-Mengen Millionen von Kopien herstellen kann. Dafür erhielt er 1993 den Nobelpreis für Chemie. Mittlerweile wird die PCR-Methode in den unterschiedlichsten Bereichen der modernen biologischen Forschung angewandt, von der Paläobiologie über die Evolutionsforschung bis zur forensischen Biologie (genetischer Fingerabdruck). MULLIS hat einige weitere bahnbrechende Patente erfunden. Er erhielt zahlreiche nationale und internationale Preise. Derzeit forscht er am Children´s Hospital and Research Institute in Oakland, Kalifornien. Außerdem ist er wissenschaftlicher Berater verschiedener Gentechnikunternehmen und Gastdozent mehrerer Hochschulen.

Das Wissen über die chemische Struktur von Nucleinsäuren ist eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Funktion von DNA als Speicher der Erbinformation und der RNA als funktionelles Molekül bei der Genexpression. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde entdeckt, dass Nucleinsäuren vier Typen von Nucleotiden enthalten, die aus einer stickstoffhaltigen Base, einer Phosphatgruppe und einer Pentose (Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen) bestehen. DNA wird durch enzymatische Polymerisation aufgebaut. Ein DNA-Strang dient dabei als Matrize für die Synthese eines neuen Strangs. Die Nucleotidbausteine werden durch komplementäre Basenpaarung positioniert und durch eine Polymerase mit dem benachbarten Nucleotid verknüpft, um den neuen Strang aufzubauen.

Die genetische Information eines eukaryotischen Organismus ist vorwiegend in Form von DNA in den Chromosomen eines jeden Zellkerns lokalisiert. Außerdem enthalten Plastiden und Mitochondrien DNA und somit Erbinformation, und auch im Cytoplasma können Erbfaktoren vorliegen. Die Weitergabe solcher genetischen Informationen wird als extrachromosomale (außerhalb der Chromosomen stattfindende) Vererbung bezeichnet. Die Gesamtheit der Chromosomen-DNA heißt auch Genom, die DNA außerhalb des Zellkerns bildet das Plasmon. Nach der Unterscheidung von Plastiden- und Mitochondrien-DNA spricht man daher von Plastom als Gesamtheit der Gene aller Plastiden einer Zelle und Chondrom als Gesamtheit der Erbinformation aller Mitochondrien einer Zelle.
Grundlegend trägt die DNA von Mitochondrien und Plastiden zur Zellfunktion der Eukaryotenzelle bei. Besonders Enzyme des Energiestoffwechsels sind in ihnen codiert. Jedoch sind Mitochondrien und Plastiden nicht selbstständig lebensfähig, sondern funktionieren nur im engen Zusammenspiel mit dem Zellkern. Beispielsweise sind Teile der Mitochondrienmembran im Kern codiert und müssen erst in die Organellen transportiert werden.

* 21.10.1877 in Halifax, Nova Scotia (Kanada)
† 20.02.1955 in Nashville, Tennessee

1944, AVERY war bereits fast 67 Jahre alt, identifizierte er die Desoxyribonucleinsäure (DNA) als Erbsubstanz. Diese Erkenntnis war eine bahnbrechende Leistung, doch AVERY hatte ein ähnliches Schicksal wie seiner Zeit JOHANN GREGOR MENDEL: Die Wissenschaft war noch nicht so weit, die große Bedeutung seiner Erkenntnisse zu erfassen. Daher wurde diese wohl wichtigste Entdeckung der Genetik seit MENDEL nicht mit einem Nobelpreis ausgezeichnet.

Bei der Genexpression wird die in einem Gen enthaltene Information in der Zelle verwirklicht. Dazu muss die genetische Information der DNA zuerst in RNA überführt und anschließend als Protein realisiert werden. Dieses zentrale Dogma der Molekulargenetik postulierte FRANCIS H. C. CRICK schon 1958.
Daraus resultiert für die Synthese eines spezifischen Proteins ein zweistufiger Prozess:

1. die Transkription und
2. die Translation.

Prinzipiell stimmen die beiden Mechanismen Transkription und Translation bei allen Organismen überein. Bedingt durch den unterschiedlichen Grad der Kompartimentierung bei Pro- und Eucyt gibt es aber auch Unterschiede.

* 15.12.1916 in Pongaroa, Neuseeland
† 05.10.2004, in London

Der britische Atom- und Biophysiker MAURICE HUGH FREDERICK WILKINS, gilt als einer der Pioniere der Erforschung der Erbsubstanz DNA (Desoxyribonucleinsäure). Zusammen mit ROSALIND FRANKLIN (1920-1958) trug er mit seinen röntgenanalytischen Untersuchungen der Nucleinsäure zur Aufklärung der dreidimensionalen, helikalen Struktur der DNA massiv bei.

1962 bekam er zusammen mit FRANCIS HARRY CAMPTON CRICK (1916-2004) und JAMES DEWEY WATSON (geb. 1928) den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung der DNA-Doppelhelix.

Bei Prokaryoten kommen neben der Zellteilung verschiedene Formen des Austauschs von genetischem Material vor, auch zwischen verschiedenen „Arten“.
Die geschlechtliche Fortpflanzung geschieht artenbezogen, beispielsweise über einen Generationswechsel oder über die räumliche und zeitliche Trennung von Plasma- und Kernverschmelzung.